(57)【要約】      （修正有）【課題】  溶湯品質及び歩留まりの向上が図れ、しかも、簡易な構造で済ませることができる溶解保持炉を提供する。【解決手段】  溶解保持炉は、被溶解材ａの予熱タワー１と、該予熱タワーの下方に設置されて前記予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝炉３ｂと、該溶解用坩堝炉から溶湯の供給を受ける保持用坩堝炉４ｂとを備えた溶解保持炉において、前記被溶解材を収容して予熱するための縦筒状のインナーケース２ｄを前記予熱タワー内に配設し、前記予熱タワー内周面と前記インナーケース外周面との間に燃焼排ガスのガス通路２ａを形成したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶解材の予熱タワーと、該予熱タワーの下方に設置されて前記予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝炉と、該溶解用坩堝炉から溶湯の供給を受ける保持用坩堝炉とを備えた溶解保持炉において、
前記被溶解材を収容して予熱するための縦筒状のインナーケースを前記予熱タワー内に配設し、前記予熱タワー内周面と前記インナーケース外周面との間に燃焼排ガスのガス通路を形成したことを特徴とする溶解保持炉。
【請求項２】
前記インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉の溶湯に浸漬するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉。
【請求項３】
前記インナーケースの下端側を耐火材で形成したことを特徴とする請求項２に記載の溶解保持炉。
【請求項４】
前記インナーケースの下端側を耐火材で被覆したことを特徴とする請求項２に記載の溶解保持炉。
【請求項５】
前記ガス通路の上端を閉塞体で閉塞し、該閉塞体よりも下方に位置する前記インナーケースの周壁部にケース排気孔を設け、前記インナーケースの上端側開口を被溶解材の投入口を兼ねる前記燃焼排ガスの排気口とし、前記燃焼排ガスは前記ケース排気孔を通じて前記排気口から排気されるように構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の溶解保持炉。
【請求項６】
前記燃焼排ガスは前記予熱タワー内で滞留した後に前記ケース排気孔から排気されるように構成したことを特徴とする請求項５に記載の溶解保持炉。
【請求項７】
前記インナーケースを振動させるバイブレーターを設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の溶解保持炉。
【請求項８】
被溶解材の予熱タワーと、該予熱タワーとの間に燃焼排ガスのガス通路が形成されるように前記予熱タワー内に配設され、上端側にケース排気孔が設けられた縦筒状のインナーケースと、前記予熱タワーの下方に設置されて該予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝炉と、該溶解用坩堝炉から溶湯の供給を受ける保持用坩堝炉とを備えた溶解保持炉を用い、
前記インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉の溶湯に浸漬し、前記燃焼排ガスを前記ガス通路から前記インナーケースの前記ケース排気孔を通って外部に排気することを特徴とする被溶解材の溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶解材を予熱する予熱タワーと、溶解用と保持用の二つの坩堝炉を構成要素として含む連続溶解型の溶解保持炉及び被溶解材の溶解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶解用坩堝炉による非鉄金属溶解炉は、円筒形に築炉された炉の中に１個の溶解用坩堝を据置し、該溶解用坩堝を加熱バーナーにより加熱する「バッチ型」のものであったが、本出願人は「連続溶解型」の溶解保持炉を提案した。
【０００３】
この溶解保持炉は、図３のように被溶解材の予熱タワー１００と、該予熱タワー１００の下に設置されて該予熱タワー１００から被溶解材ａの供給を受ける溶解用坩堝炉１０１と、該溶解用坩堝炉１０１に並置されて該溶解用坩堝炉１０１から溶湯の連続供給を受ける保持用坩堝炉１０２とを備えている。溶解用坩堝炉１０１は円筒形に築炉され、該溶解用坩堝炉１０１には溶解用坩堝１０３が据置されている。該溶解用坩堝１０３は加熱バーナー１０４で、保持用坩堝炉１０２は加熱バーナー１０９でそれぞれ加熱され、溶解用坩堝炉１０３で使用された後の燃焼排ガス及び保持用坩堝炉１０２で使用された後の燃焼排ガスは、予熱タワー１００内を上昇し、被溶解材ａを加熱した後に炉蓋１０５の排出口１０６から外部に排出され、予熱タワー１００内を通過した後の燃焼排ガスは、約５００℃以上降温して被溶解材ａとの熱交換が行われる。一方、予熱された被溶解材ａは予熱タワー１００内を落下して溶解用坩堝１０３に連続的に補給され、溶解用坩堝１０３内で溶融した溶湯は出湯樋１０７に連続溢流して保持用坩堝炉１０２の保持用坩堝１０８に流入する。この方式においては、被溶解材ａは常に溶解用坩堝１０３の底部に貯留した溶湯中で溶かされるので、溶湯温度は被溶解材の融点よりも僅かに上の徹底した低温度に維持される（例えば、特許文献１参照。）。このように構成される連続溶解型の溶解保持炉によれば、溶湯の連続低温溶解と坩堝による間接加熱とによって、省エネルギー化だけではなく、酸化物の発生が少なくなり溶解歩留の向上や溶湯の高品質化が可能になる。
【特許文献１】特開２０００―１３０９４８号公報（全頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被溶解材が、例えばアルミ、亜鉛、銅等の合金の切り粉を初めそれら合金のリターン材や缶材や箔のように細かくて薄い非鉄金属材や、それらを圧縮して圧密化したブリケット状材などの場合には、インゴットや塊状の被溶解材に比べて比表面積が大きいために、燃焼排ガスは空気を巻き込んで予熱タワー内を上昇することになる。この結果、予熱タワー内及び溶解室坩堝内の溶湯面上部域は酸素濃度が高くなり、材料が酸化され易く、酸化物の生成が顕著に発生することになるので、材料の溶解歩留まりや溶湯品質の低下を招くだけでなく、生成酸化物が溶湯面上部で固い皮膜層を形成して材料の降下を阻害し、連続的溶解を妨げるという問題があった。また、予熱タワー内が高密度で充填されることになるので、予熱タワー内に予熱源である燃焼排ガスが供給され難くなって被溶解材の予熱効率が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、溶湯品質及び歩留まりの向上が図れ、しかも、簡易な構造で済ませることができる溶解保持炉及び被溶解材の溶解方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の溶解保持炉は、被溶解材の予熱タワーと、該予熱タワーの下方に設置されて前記予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝炉と、該溶解用坩堝炉から溶湯の供給を受ける保持用坩堝炉とを備えた溶解保持炉において、前記被溶解材を収容して予熱するための縦筒状のインナーケースを前記予熱タワー内に配設し、前記予熱タワー内周面と前記インナーケース外周面との間に燃焼排ガスのガス通路を形成したことを特徴とする。
【０００７】
また、前記インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉の溶湯に浸漬するように構成するのが望ましい。
【０００８】
また、被溶解材の融点（溶解温度）等に応じて前記インナーケースの下端側をそのまま浸漬したり、該下端側を耐火材で形成したり、耐火材で被覆するのが望ましい。
【０００９】
また、前記ガス通路の上端を閉塞体で閉塞し、該閉塞体よりも下方に位置する前記インナーケースの周壁部にケース排気孔を設け、前記インナーケースの上端側開口を被溶解材の投入口を兼ねる前記燃焼排ガスの排気口とし、前記燃焼排ガスは前記ケース排気孔を通じて前記排気口から排気されるように構成するのが望ましい。
【００１０】
また、前記燃焼排ガスは前記予熱タワー内で滞留した後に前記ケース排気孔から排気されるように構成するのが望ましい。
【００１１】
また、前記インナーケースを振動させるバイブレーターを設けるのが望ましい。
【００１２】
本発明の被溶解材の溶解方法は、被溶解材の予熱タワーと、該予熱タワーとの間に燃焼排ガスのガス通路が形成されるように前記予熱タワー内に配設され、上端側にケース排気孔が設けられた縦筒状のインナーケースと、前記予熱タワーの下方に設置されて該予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝炉と、該溶解用坩堝炉から溶湯の供給を受ける保持用坩堝炉とを備えた溶解保持炉を用い、前記インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉の溶湯に浸漬し、前記燃焼排ガスを前記ガス通路から前記インナーケースのケース排気孔を通って外部に排気することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の溶解保持炉によれば、被溶解材を収容して予熱するための縦筒状のインナーケースを予熱タワー内に配設し、前記予熱タワー内周面と前記インナーケース外周面との間に燃焼排ガスのガス通路を形成したので、該ガス通路を通して燃焼排ガスを被溶解材との熱交換用としてスムーズに供給することができ、被溶解材を効率的に予熱することができる。また、被溶解材に付着した油、有機塗料や被溶解材に混入してくるプラスチックやゴム物等の有機物を熱し、上端の排気口部では、新しい空気を巻き込んで確実に燃焼させることができるので、有機物除去のための前処理が不要となり、排煙発生を効果的に抑制できる。
【００１４】
また、前記インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉の溶湯に浸漬すれば、インナーケースの下端側からインナーケース内に燃焼排ガスが侵入するのを防止でき、燃焼排ガスに含まれる酸素を原因とする酸化物の生成を抑制し、歩留まりの向上及び溶湯の高品質化が可能になる。また、溶解用坩堝の溶湯上に発生する酸化物等のスラグ膜に邪魔されることなく、被溶解材を溶解用坩堝に落下補給することができる。
【００１５】
また、前記インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉の溶湯に浸漬する一方、前記インナーケースの上端側に設けられるケース排気孔を通じて前記排気口から燃焼排ガスを排気するように構成すれば、インナーケースの上端側からインナーケース内に燃焼排ガスが侵入するのも防止でき、しかも、燃焼排ガスはインナーケースのケース排気孔を通って排気されることによってインナーケース内が減圧されてインナーケース内の酸素濃度を低く抑えることができ、酸化物の生成を更に少なくすることができ、歩留まりや溶湯の品質を飛躍的に向上させることができる。
【００１６】
インナーケースの下端側を前記溶解用坩堝炉内の溶湯に浸漬する場合、被溶解材の融点が低いときには、前記インナーケースの材質は一般に鋼板、耐熱鋼板、ステンレス材等の鉄製のものでも良いが、融点が高いときには、前記インナーケースの下端側を耐火材で形成したり鉄製のインナーケースの下端側を耐火材で被覆することにより、該インナーケースの劣化寿命を延長させることができる。
【００１７】
また、前記インナーケースを振動させるためのバイブレーターを設ければ、燃焼排ガスの加熱によって被溶解材の団塊が生成され、これらがインナーケース内に堆積したり棚吊りになっても、バイブレーターによる振動衝撃によって溶解用坩堝に落下供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。図１及び図２に本発明の溶解保持炉Ａの全体が概略的に示され、該溶解保持炉Ａは、被溶解材ａの予熱タワー１と、予熱タワー１内に設けられ、被溶解材ａを収容して予熱するためのインナーケース２と、該予熱タワー１の直下に設置された溶解用坩堝炉３と、該溶解用坩堝炉３に並置された保持用坩堝炉４とを備えている。
【００１９】
インナーケース２は、上下両端が開口した縦円筒形で鉄製のものであって、予熱タワー１内に配設され、予熱タワー１内周面とインナーケース２外周面との間には燃焼排ガスのガス通路２ａが形成されている。
【００２０】
ガス通路２ａの上端は閉塞体２ｃで閉塞されている。該閉塞体２ｃはインナーケース２の外周面から外鍔状に突設され、インナーケース２は閉塞体２ｃを予熱タワー１の上端面の上に載置することによって保持されている。閉塞体２ｃよりも下方の位置するインナーケース２の周壁部には複数のケース排気孔２ｂが設けられ、インナーケース２の上端側開口は漏斗状に拡開され、該開口は被溶解材ａの投入口を兼ねる前記燃焼排ガスの排気口２ｄとされる。該排気口２ｄは、燃焼排ガスをドラフト効果により、溶解用坩堝炉３の後述する周隙５内から環状空隙６を経て予熱タワー１内に上昇気流として導くために必要なものである。また、ガス通路２ａに沿って上昇する燃焼排ガスはケース排気孔２ｂからインナーケース２内に入り、該インナーケース２の排気口２ｄから排気される。
【００２１】
インナーケース２の下端側は、溶解用坩堝３ｂの溶湯ｂに浸漬されるように該溶解用坩堝３ｂ内まで延設されている。インナーケース２の下端側を溶湯ｂに浸漬させる理由は、第１にはインナーケース２と溶解用坩堝３ｂの溶湯ｂの湯面との間の隙間が存在すると、燃焼排ガスの一部が該隙間からインナーケース２内に入り込んで被溶解材ａを酸化させ、酸化物が溶湯ｂに入って製品品質を低下させ、また、酸化物の堆積によってインナーケース２内の被溶解材ａが溶解用坩堝３ｂに落下し難くなって溶解作業の停止を余儀なくされるからである。第２にはアルミニウム等の薄片や細粒等の切り粉を多く含む被溶解材ａの場合、溶解用坩堝３ｂ内の溶湯ｂの表面に浮遊する酸化物を主体とするスラグの存在は、しばしば被溶解材ａのスムーズな溶解の妨げになるが、インナーケース２を溶湯ｂに浸漬させると、インナーケース２内で発生したスラグはインナーケース２の周囲に押し出されて上記障害が解消されるからである。
【００２２】
また、溶湯ｂが低温の場合には、該溶湯ｂに浸漬されるインナーケース２の下端側は溶湯ｂに溶け込み難いが、溶湯ｂが高温の場合や長時間浸漬する場合や高い製品品質が要求される場合には、鉄製インナーケース２の溶け込みによる鉄分の溶湯ｂへの混入をできる限り防止する構成が必要となる。すなわち、融点の高い被溶解材の場合等には、インナーケース２の下端側（浸漬部分）を耐火セラミック材等の耐火材のコーティング又は内張等によって被覆したり、インナーケース２の下端側を耐火材と置換することにより、インナーケース２の溶け込みを防止するようにする。なお、耐火セラミックス材としては、例えばアルミナ４５〜５５％の耐火粉末に結合剤のりん酸アルミニウムを混合したものを用いる。そして、耐火セラミックス材で被覆する場合には、例えばインナーケース２表面にコーティングした後に乾燥加熱して焼固する。また、耐火セラミックス材と置換する場合には、例えば円筒の窒化珪素質や炭化珪素質セラミックスをインナーケース２の下端に接合する。
【００２３】
このように、本実施形態の溶解保持炉によれば、インナーケース２の上下両端からインナーケース２内に燃焼排ガスが侵入するのを防止できるので、燃焼排ガスによる被溶解材ａの酸化を防止できる。また、プラスチック等の可燃物が付着する被溶解材ａを使用した場合には、インナーケース２内で加熱されて発生する黒煙は、ケース排気孔２ｂから排出されて燃焼排ガスによって着火して燃焼するので、外気に放出される黒煙量を減少できて作業環境の悪化を防止でき、しかも、黒煙燃焼専用の処理設備は不要になる。
【００２４】
また、インナーケース２のケース排気孔２ｂは、燃焼排ガスがガス通路２ａ内に滞留して予熱効率を高められるように、その開口面積や位置や数などが設定されている。
【００２５】
なお、インナーケース２の内径は被溶解材ａの種類に適したサイズのものに設定され、被溶解材ａの種類に応じて交換される。例えば薄片細粒等の切り粉を多く含む被溶解材ａの場合には、比較的小径のものが適する。また、インナーケース２は、内径が全長にわたって同じものや、被溶解材ａの落下補給性を考慮して下端に行くほど内径を大きくして全体形状がラッパ状となったもの等が採用される。
【００２６】
また、溶解保持炉Ａにはインナーケース２を振動させるバイブレーター１０が備わっている。
【００２７】
溶解用坩堝炉３は炉本体３ａと該炉本体３ａ内に設置された溶解用坩堝３ｂを備え、該坩堝３ｂの周囲には、炉本体３ａとの間に周隙５が形成され、該周隙５は炉本体３ａの側壁下部に設置の加熱バーナー７から供給される燃焼ガスの上昇ガス通路となる。保持用坩堝炉４は炉本体４ａと該炉本体４ａ内に設置された保持用坩堝４ｂとを備え、該坩堝４ｂの周囲には、炉本体４ａとの間に周隙１２が形成され、該周隙１２は炉本体４ａの側壁下部に設置の加熱バーナー１１から供給される燃焼ガスの上昇ガス通路となる。炉本体３ａ，４ａは断熱材、例えばセラミック系の断熱材で内張りが施されている。
【００２８】
溶解用坩堝３ｂ及び保持用坩堝４ｂは、前者坩堝３ｂの胴部に設けた溢流タイプの排出口３ｃ並びに該排出口３ｃに接続する、例えば樋形の移送部３ｄを介し接続され、溶湯ｂを前者坩堝３ｂ内から排出口３ｃを溢流させながら移送部３ｄを経て後者坩堝４ｂ内に連続的に移送できる構成になっている。溶湯ｂの連続的移送は、坩堝３ｂ，４ｂ内の溶湯ｂ液面のヘッド差を利用して行われる。
【００２９】
溶解用坩堝炉３の炉本体３ａは無蓋有底筒形に形成され、該炉本体３ａと筒形の予熱タワー１とインナーケース２とは同心状に設置され、該インナーケース２の下端は溶解用坩堝３ｂ内に向けて開口し、被溶解材ａはインナーケース２を通じて溶解用坩堝３ｂ内に投入できるようになっている。また、これにより投入された被溶解材ａが溶解用坩堝３ｂの外側の燃焼空間部にこぼれ落ちる等の問題も解消できる。
【００３０】
溶解用坩堝３ｂの上端と予熱タワー１の下端との間には環状空隙６が形成され、炉本体３ａ内の周隙５の上端側はガス通路２ａ内に環状空隙６を介し連通され、燃焼排ガスをガス通路２ａ内に予熱源として供給できる構成になっている。
【００３１】
予熱タワー１の全重量は台車８により支えられ、該台車８は炉本体３ａに支持固定されたガイドレール９上を走行可能であり、該レール９上での台車８の走行により、予熱タワー１を溶解用坩堝炉３との重なり位置から炉本体３ａの上端開口を完全にフリーと成し得る位置まで、スライド変位させることができる構成になっている。そして、予熱タワー１の移動によって、溶解用坩堝３ｂやインナーケース２の交換、坩堝３ｂ内の残湯の汲み出し等が容易になる。
【００３２】
なお、予熱タワー１を移動させるときは、事前にインナーケース２を持ち上げて該インナーケース２の下端部を予熱タワー１の下端のレベルに位置させる。インナーケース２の持ち上げ手段は、特に限定されるものではなく、クレーン等によって吊り上げる方式や、油圧シリンダー等の昇降手段によって持ち上げる方式が考えられる。
【００３３】
図１は本発明溶解保持炉の平常運転時の状況を示し、加熱バーナー７で溶解用坩堝３ｂを加熱することにより、燃焼排ガスは矢印のように周隙５上端から予熱タワー１のガス通路２ａ内に入り、インナーケース２内の被溶解材ａとの熱交換用の熱源として有効利用された後に、インナーケース２のケース排気孔２ｂを通ってインナーケース２内に流入し、インナーケース２の排気口２ｄを経て炉外に排出される。
【００３４】
一方、炉本体４ａの底部からその内部に供給された燃焼ガスは保持用坩堝４ｂを加熱しつつ周隙１２内を上昇する燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは矢印のように周隙１２の上端部からこれに連通する連通部１３を経て周隙５内に入り先の燃焼排ガスと合流する。この燃焼排ガスもまた予熱タワー１のガス通路２ａ内に入り、インナーケース２内の被溶解材ａと熱交換用の熱源として有効利用された後に、インナーケース２の排気口２ｄを経て炉外に排出される。
【００３５】
被溶解材ａは、溶解用坩堝３ｂの溶湯ｂ内に浸漬されるものから順に溶解されて行く。燃焼排ガスとの熱交換により効率的に予熱された切粉ブリケット等の被溶解材ａは溶解が進むにつれて自重降下し、溶湯ｂ中で溶かされた分量だけがヘッド差によって排出口３ｃを溢流しつつ移送部３ｄを経て保持用坩堝４ｂに連続的に移湯され、溶湯ｂは加熱バーナー１１によって目標温度に加熱制御されてその温度で維持される。
【実施例１】
【００３６】
アルミニウム切粉を約１３０ｍｍ（直径）×３０ｍｍ（厚み）に圧縮成形したブリケット状の被溶解材ａを溶解した。予熱タワー１内に鉄製のインナーケース２を設置し、溶湯ｂ内に浸漬させた。インナーケース２の上端に下記の仕様のエアバイブレーター１０を取り付けた。これによって、被溶解材ａの棚吊り現象がなくなり、２５０Ｋｇ／ｈｒの連続溶解をすることができた。
【００３７】
始動空気圧力    ５ｋｇｆ／ｃｍ
振動数          ８３００ｖ．ｐ．ｍ
遠心力          ２１３ｋｇ／ｃｍ
空気消費量      ０．４ｍ／ｍｉｎ
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る溶解保持炉の正面断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】従来の溶解保持炉の正面断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ      溶解保持炉
ａ      被溶解材
ｂ      溶湯
１      予熱タワー
２      インナーケース
２ａ    ガス通路
２ｂ    ケース排気孔
３      溶解用坩堝炉
４      保持用坩堝炉
【図１】
2005121289.tif 000003
【図２】
2005121289.tif 000004
【図３】
2005121289.tif 000005